超快光聲顯微成像系統(tǒng)

聲波(超聲波)已經(jīng)作為一種常見(jiàn)無(wú)損檢測(cè)手段，在工業(yè)或醫(yī)療領(lǐng)域的宏觀范圍內(nèi)的測(cè)試得到廣泛應(yīng)用。另一方面，我們每天使用的電子器件裝置越來(lái)越集成和復(fù)雜，尺寸越來(lái)越小。傳統(tǒng)的表征測(cè)試手段越來(lái)越具有局限性，在納米尺度范圍內(nèi)需要新的測(cè)量裝置進(jìn)行材料的表征測(cè)試；

JAX超快光聲顯微成像系統(tǒng)采用新一代的泵浦探測(cè)pump-probe技術(shù)即異步光學(xué)采樣技術(shù)（ASynchronous OPtical Sampling Imagery System，ASOPS). 此技術(shù)源于光學(xué)外差法采樣技術(shù)，是波爾多大學(xué)和法國(guó)CNRS共同合作開(kāi)發(fā)的技術(shù)，Neta的產(chǎn)品來(lái)源于此項(xiàng)技術(shù)。這種授權(quán)的新技術(shù)可在在納米尺度上表征材料，而不接觸破壞樣品。Neta使用這項(xiàng)技術(shù)，采用新的工業(yè)設(shè)計(jì)，具有先進(jìn)的性能，高可靠性和可維護(hù)性。我們的研發(fā)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了專業(yè)的工業(yè)化設(shè)計(jì)，使得Neta成為一種易于使用和即插即用的產(chǎn)品，可以像普通顯微鏡一樣，非專業(yè)人士即可操作。

l  即時(shí)可用ASOPS 系統(tǒng)

l  一鍵采集測(cè)量；

l  具有Mapping成像能力；

l  非破壞/無(wú)接觸探測(cè)

l  高分辨率和高精度

l  基于新一代脈沖光纖激光器

JAX超快光聲顯微成像系統(tǒng)采用單路或雙路的泵浦/探測(cè)模式的飛秒激光器，重復(fù)頻域在數(shù)百兆赫茲（如下圖）。它被稱為外差法技術(shù)，具有高穩(wěn)定性和高精度等優(yōu)點(diǎn)，允許用戶一鍵采集一個(gè)測(cè)量點(diǎn)的所有參數(shù)，比傳統(tǒng)技術(shù)快10 000到100 000倍。頻移允許通過(guò)一個(gè)雙光源即時(shí)掃描并在數(shù)個(gè)毫秒內(nèi)獲得樣品信息，探測(cè)時(shí)間分辨率小于1ps，這就是異步光學(xué)采樣技術(shù)。一旦樣品上單點(diǎn)測(cè)量結(jié)束，用戶可以移動(dòng)樣品并開(kāi)始掃描整個(gè)表面，以便創(chuàng)建所研究參數(shù)的Mapping成像。

圖1ASOPS 測(cè)量示意圖

JAX-進(jìn)行皮秒聲波的產(chǎn)生和檢

JAX-一般使用反射模式，基于正置結(jié)構(gòu)，近紅外激勵(lì)pump模式。在這種模式下，由近紅外飛秒激光正面輻照樣品上表面，樣品內(nèi)產(chǎn)生超聲波，并用另外一束飛秒激光進(jìn)行聲波檢測(cè)。在圖2的示例中，樣品是硅襯底上的250納米的鎢薄膜。被激發(fā)的聲波穿透鎢薄膜，當(dāng)?shù)竭_(dá)鎢和硅的界面時(shí)，部分聲波被反射回到表面，并被探測(cè)激光作為回聲檢測(cè)到。聲波再次被鎢和空氣界面反射，并在結(jié)構(gòu)層中傳輸，這樣產(chǎn)生多次的回聲信號(hào)。

圖2鎢涂層厚度測(cè)量

自動(dòng)信號(hào)處理

特定開(kāi)發(fā)的程序用來(lái)提取回聲信號(hào)之間的飛行

時(shí)間F和衰減a；從內(nèi)部接觸界面或其它亞表面非均勻聲學(xué)區(qū)域返回到表面的應(yīng)變脈沖被檢測(cè)為一系列回波信號(hào)。例如，通過(guò)薄膜來(lái)回傳播的應(yīng)變脈沖產(chǎn)生一系列衰減的回波，從中可以得到一個(gè)超聲波衰減或超聲波色散的回波，通過(guò)這些信號(hào)特征進(jìn)而得到薄膜厚度。固體表面附近的折射率和消光系數(shù)受到返回的應(yīng)變脈沖的擾動(dòng)， 從而導(dǎo)致光學(xué)反射率或透射的變化（探測(cè)光的光學(xué)吸收深度內(nèi)）。測(cè)量的時(shí)間回波形狀是由探測(cè)光吸收譜形狀和應(yīng)變脈沖空間輪廓的空間積分決定的。

物理屬性提取及成像

通過(guò)回波之間飛行的時(shí)間可以推斷出鎢的厚度，而回聲的衰減等信息告訴我們涂層黏附的質(zhì)量。ASOPS快速測(cè)試能力使得在合理的測(cè)試時(shí)間內(nèi)對(duì)器件的成像測(cè)試如今成為可能，ASOPS技術(shù)代替了傳統(tǒng)泵浦探測(cè)中的分散多點(diǎn)測(cè)試和估算。圖4這里的案例，是以50微米的空間分辨率進(jìn)行了1000個(gè)點(diǎn)的測(cè)試。

圖3左側(cè)：鎢層的薄膜厚度（納米）；右側(cè)：黏附質(zhì)量